劉明舜

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

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一臺(tái)燃?xì)忮仩t能效測試結(jié)果分析及值得探討的問題

劉明舜

（福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院泉州分院，福建 泉州 362000）

鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡單測試方法因其快速簡便，經(jīng)常被用來作為節(jié)能評估的一項(xiàng)依據(jù)。文中介紹了一臺(tái)WNS1-1.25-Y.Q燃?xì)忮仩t熱效率簡單測試的測試方案，通過對其測試結(jié)果和檢驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)按照現(xiàn)行的規(guī)范TSG G0002-2010和TSG G0003-2010來評價(jià)該燃?xì)忮仩t能效狀況，會(huì)存在測試結(jié)果有偏差、檢驗(yàn)結(jié)論不準(zhǔn)確等問題。經(jīng)文獻(xiàn)查閱，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步探討更為合乎燃?xì)忮仩t能效實(shí)際的評價(jià)規(guī)則，從而為燃?xì)忮仩t的節(jié)能評價(jià)提供指導(dǎo)依據(jù)。

燃?xì)忮仩t；熱效率；過量空氣系數(shù)；熱損失

1　引言

2010年，國家質(zhì)檢總局發(fā)布了TSG G0003《工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則》和TSG G0002《鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程》，對鍋爐節(jié)能的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維修改造、使用、檢驗(yàn)檢測、能效指標(biāo)等各方面作了相應(yīng)的規(guī)定，并對工業(yè)鍋爐的能效測試方法進(jìn)行了規(guī)范［1-2］。因此，對于工業(yè)鍋爐能效測試而言，這兩份《特種設(shè)備安全技術(shù)規(guī)范》無疑是目前最具權(quán)威的指導(dǎo)性文件。

因其快速簡便，鍋爐運(yùn)行工況熱效率簡單測試方法經(jīng)常被檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)用來作為節(jié)能評估的一項(xiàng)依據(jù)而廣泛采用。鍋爐熱效率簡單測試是指對在用工業(yè)鍋爐進(jìn)行主要參數(shù)的簡單測試，用于快速判定鍋爐實(shí)際運(yùn)行能效狀況。其測試方法是采用反平衡法進(jìn)行測量，鍋爐熱效率值也按照反平衡法來計(jì)算［1］。相對于固體燃料的鍋爐而言，燃?xì)猓ㄓ停╁仩t由于不存在固體未完全燃燒熱損失（q4）和灰渣物理熱損失（q6），熱損失主要來自排煙熱損失（q2）、氣體未完全燃燒熱損失（q3）和散熱損失（q5）這三方面。文中以某食品廠一臺(tái)WNS1-1.25-Y.Q燃?xì)忮仩t的熱效率測試和計(jì)算結(jié)果為例，通過對其測試結(jié)果和檢驗(yàn)結(jié)論進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)按照現(xiàn)行的規(guī)范TSG G0002和TSG G0003來評價(jià)該燃?xì)忮仩t能效狀況，會(huì)存在測試結(jié)果有偏差、檢驗(yàn)結(jié)論不準(zhǔn)確等問題。通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)一步探討更為合乎燃?xì)忮仩t能效實(shí)際的評價(jià)規(guī)則，從而為燃?xì)忮仩t的節(jié)能評價(jià)提供指導(dǎo)依據(jù)。

2　鍋爐熱效率測試方案及計(jì)算結(jié)果

2.1測試依據(jù)

相關(guān)測量項(xiàng)目按照TSG G0003-2010、TSG G0002-2010和GB/T 10180-2003要求的方法進(jìn)行測量［1-3］。

2.2測試說明及儀表

正常生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷工況下，以反平衡法；測試時(shí)間為0.5h，煙氣測量7次，每次間隔5min，取算術(shù)平均值作為測試結(jié)果；測點(diǎn)選擇鍋爐最后一節(jié)受熱面1米內(nèi)的排煙出口處。尾部煙氣各成分及含量由testo 340型煙氣分析儀測量；排煙溫度和入爐冷空氣溫度分別由兩臺(tái)testo 925型數(shù)字溫度計(jì)測量；測試時(shí)間由Z-2008A型秒表測量。

2.3測試結(jié)果與計(jì)算

某日，在鍋爐運(yùn)行工況穩(wěn)定1h后，對該鍋爐進(jìn)行熱效率簡單測試，現(xiàn)場原始記錄見表1。

表1　WNS1-1.25-Y.Q鍋爐能效測試原始記錄

2.4計(jì)算結(jié)果與檢驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)反平衡法計(jì)算，鍋爐的過量空氣系數(shù)α、各項(xiàng)熱損失和鍋爐熱效率值的計(jì)算結(jié)果詳見表2。其中，數(shù)值1是按照TSG G0003方法的計(jì)算結(jié)果；數(shù)值2根據(jù)下文公式（1）修正了q3的取值，其余各項(xiàng)計(jì)算同數(shù)值1；數(shù)值3根據(jù)下文查表法修正了q5的取值，其余各項(xiàng)計(jì)算同數(shù)值1。

表2　反平衡法計(jì)算鍋爐各熱損失和熱效率與修正值比對

由上表數(shù)值1，根據(jù)TSG G0002和TSG G0003，該鍋爐熱效率簡單測試的檢驗(yàn)報(bào)告結(jié)論可描述為：鍋爐在正常生產(chǎn)運(yùn)行負(fù)荷工況，其排煙處過量空氣系數(shù)α為0.89，符合要求（≤1.15）；排煙溫度為192.5℃，偏高（應(yīng)≤170℃）；其中，排煙熱損失（q2）占5.77%，氣體未完全燃燒熱損失（q3）占1.00%，散熱損失（q5）占4.46%（因不明出力，按65%額定出力折算），熱效率為88.77%，達(dá)到TSG G0002所規(guī)定限定值（即88%）以上的要求。

3　值得探討的問題

檢驗(yàn)結(jié)論的準(zhǔn)確描述，是對鍋爐用戶在節(jié)能改進(jìn)具有直接的指導(dǎo)意義?？v觀上述結(jié)論，結(jié)合該臺(tái)鍋爐實(shí)際情況，筆者認(rèn)為在過量空氣系數(shù)α是否處于合理范圍以及氣體未完全燃燒熱損失（q3）和散熱損失（q5）的取值存在有很大的討論空間。

根據(jù)TSG G0002第九條規(guī)定：鍋爐排煙處的過量空氣系數(shù)應(yīng)當(dāng)符合以下要求：“（三）正壓燃油（氣）鍋爐，不大于1.15”。從計(jì)算結(jié)果來看，該臺(tái)燃?xì)忮仩t的過量空氣系數(shù)α為0.89是符合要求的。但是，從測試數(shù)據(jù)來看O2和CO2的風(fēng)配比顯然不合適，且從煙氣中CO含量過高可以判斷，有大量的天然氣不完全燃燒，這顯然是空氣中氧氣供給不足造成的。因此，這樣的過量空氣系數(shù)是不合理的。然而，在現(xiàn)行規(guī)范里沒有針對過量空氣系數(shù)合理范圍給出下限，造成檢驗(yàn)結(jié)論的描述不準(zhǔn)確。

3.2氣體未完全燃燒熱損失（q3）的取值

表3　氣體不完全燃燒損失取值

然而，根據(jù)鍋爐定型測試和詳細(xì)測試經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)CO含量大于1%時(shí)，其實(shí)際的氣體不完全燃燒損失將達(dá)1.3%以上，有的甚至是10%以上。如果再按照這種取值方法，就會(huì)存在著較大的誤差。因此，表3中經(jīng)驗(yàn)取值已無法準(zhǔn)確地反應(yīng)鍋爐實(shí)際熱損失狀況，應(yīng)對當(dāng)q3的取值重新修正。據(jù)文獻(xiàn)［7-8］報(bào)道，采用以下經(jīng)驗(yàn)公式（1）可以計(jì)算出更加合乎實(shí)際的q3值，并輔以大量數(shù)據(jù)驗(yàn)證其合理性和準(zhǔn)確性。

q3= 0.11 （αpy - 0.6） × 30.2 CO （1）

若按以上公式計(jì)算，該鍋爐的q3為5.36%，比按表3取值該項(xiàng)熱損失增加4.36%，當(dāng)其它熱損失計(jì)算方法不變時(shí)，則該鍋爐的實(shí)際熱效率值應(yīng)為84.41%（見表2數(shù)值2）。

根據(jù)TSG G0003，鍋爐的散熱損失（q5）是根據(jù)表4中對應(yīng)的額定出力進(jìn)行取值，再按照實(shí)際運(yùn)行負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的折算。

表4　蒸汽鍋爐額定出力下散熱損失

眾所周知，表4中的數(shù)值已沿用幾十年。但隨著鍋爐制造技術(shù)和保溫技術(shù)的大力提升，散熱損失已經(jīng)大大降低。因此，表4的取值比實(shí)際值普遍偏大。據(jù)文獻(xiàn)［8］報(bào)道，通過熱流計(jì)法可以較為準(zhǔn)確地測出鍋爐的散熱損失。表5為熱流計(jì)法測量燃?xì)忮仩t散熱損失的經(jīng)驗(yàn)取值。通過表4和表5兩組數(shù)據(jù)對比，可以很直觀地看出表5給出的q5明顯比表4中的數(shù)值要小，更能符合現(xiàn)代鍋爐散熱損失的實(shí)際值。因此，若根據(jù)表5經(jīng)驗(yàn)取值，該鍋爐的q5實(shí)為1.44%，比按表4取值該項(xiàng)熱損失下降3.02%，當(dāng)其它熱損失計(jì)算方法不變時(shí)，則該鍋爐的實(shí)際熱效率值可達(dá)91.79%（見表2數(shù)值3）。值得一提的是，表5中的q5經(jīng)驗(yàn)取值的準(zhǔn)確性還有待大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證及完善。

表5　熱流計(jì)法測試的散熱損失

4　結(jié)論

通過對一臺(tái)WNS1-1.25-Y.Q燃?xì)忮仩t的熱效率簡單測試結(jié)果和檢驗(yàn)結(jié)論分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)行的TSG G0002和TSG G0003對于燃?xì)忮仩t能效評價(jià)會(huì)存在某些不適用問題。文中對此展開討論，并結(jié)合文獻(xiàn)，給出更為合乎實(shí)際的評價(jià)方法，以便能更好地指導(dǎo)燃?xì)忮仩t的燃燒。主要可歸納為：（1）過量空氣系數(shù)α合理范圍在1.00-1.15為宜；（2）氣體未完全燃燒熱損失（q3）的取值可以參考采用經(jīng)驗(yàn)公式q3=0.11（α-0.6）×30.2CO；（3）散熱損失（q5）的經(jīng)驗(yàn)取值可以參考表5?？偠灾?，燃?xì)忮仩t本身燃料成本較高，節(jié)能降耗意義更為重大，準(zhǔn)確的評價(jià)方法和規(guī)則將更加有效地指導(dǎo)其合理燃燒和節(jié)能改進(jìn)。因此，對鍋爐能效測試計(jì)算方法和評價(jià)方法的研究，必將成為今后鍋爐節(jié)能評價(jià)的一大重要研究方向。

［1］ TSG G0003-2010. 工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則［S］.

［2］ TSG G0002-2010. 鍋爐節(jié)能技術(shù)監(jiān)督管理規(guī)程［S］.

［3］ GB/T 10180-2003. 工業(yè)鍋爐熱工性能試驗(yàn)規(guī)程［S］.

［4］宋洪鵬，周屈蘭，惠世恩，等.過量空氣系數(shù)對燃?xì)馊紵蠳Ox生成的影響［J］.節(jié)能，2004（1）：12-13.

［5］趙軟新，惠世恩.燃油燃?xì)忮仩t［M］.西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.

［6］張文勝，張樹林，蒙劍瓊，等.中小型燃?xì)忮仩t熱效率估算［J］. 工業(yè)鍋爐， 2005（1）： 20-22.

［7］張曉明，凈曉春，魏小光.對TSG G0003-2010《工業(yè)鍋爐能效測試與評價(jià)規(guī)則》中氣體未完全燃燒損失計(jì)算的改進(jìn)建議［J］. 中國特種設(shè)備安全， 2015（11）： 6-10.

［8］程靜，謝常歡，吳繼權(quán)，等.《工業(yè)鍋爐能效測試及評價(jià)規(guī)則》的相關(guān)問題［J］.中國特種設(shè)備安全，2013（6）： 50-51.

Analysis of Energy Efficiency Test Results of a Gas-fired Boiler and some Problems to Be Discussed

LIU Ming-Shun
（Quanzhou Branch of Fujian Boiler and Pressure Vessel Inspection Institute， Quanzhou 362000， Fujian， China）

The simple test method for thermal efficiency of boiler operating conditions is often used as one of basis for the evaluation of energy saving. The scheme for a WNS1-1.25-Y.Q gas-fired boiler thermal efficiency simple test is introduced in this paper. After analyzing test results， it's found that evaluating the gas-fired boiler energy efficiency status is in accordance with the current specification TSG G0002-2010 and TSG G0003-2010， such as deviated calculation results， inaccurate conclusion. With the aid of literature， combined with test data， the further discussion is more in keeping with the actual evaluation rules of gas-fired boiler energy efficiency， so as to provide guidance for the evaluation of gas-fired boiler.

Gas-fired boiler； Thermal efficiency； Excess air coefficient； Heat loss

2016-06-28

劉明舜，男，福建省鍋爐壓力容器檢驗(yàn)研究院泉州分院，檢驗(yàn)員，工程師，碩士